NASA-teleskop bekrefter 90 år gammel kvanteteori

Et internasjonalt team av astronomer har rapportert om det som kan være det første direkte astrofysiske beviset på vakuum-dobbeltbrytning, en nesten 90 år gammel kvantefysisk forutsigelse om at ekstreme magnetfelt kan endre hvordan lys beveger seg gjennom tilsynelatende tomt rom. Resultatene, publisert onsdag i Nature, bygger på over 140 timer med observasjoner av en sjelden, ultramagnetisk nøytronstjerne kjent som en magnetar.nature+1

Et kosmisk laboratorium

Magnetaren 1E 1547-5408, som ligger mer enn 13 000 lysår fra jorden og roterer én gang hvert andre sekund, fungerte som teamets naturlige laboratorium. Forskere koordinerte NASAs IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer)-satellitt med NASAs NICER-teleskop og Murriyang, CSIROs Parkes-radioteleskop i New South Wales, som eies og drives av Australias nasjonale vitenskapsbyrå. Dette var den første koordinerte radio- og røntgenpolariseringsmålingen av en magnetar noensinne.lsu+1

Observasjonene avdekket en røntgenpolarisering som var nesten tre ganger sterkere enn det man har sett i lignende kilder, noe som langt overgår det standardmodeller for overflateemisjon kan forklare. Gitt geometrien i magnetarens magnetfelt, burde polariseringssignalet ha vært nær null på visse punkter i stjernens rotasjon.science.nasa

Testing av en 90 år gammel teori

Vakuum-dobbeltbrytning ble først foreslått i 1936 innenfor rammen av kvante-elektrodynamikk. Teorien forutsier at kvantevakuumet, som er fylt med konstant flimrende partikkel-antipartikkel-par, blir forvrengt av ekstreme magnetfelt, noe som får det tomme rommet til å fungere som et polariseringsfilter. Magnetarer, med felt som er rundt en billion ganger sterkere enn de kraftigste permanentmagnetene på jorden, tilbyr det eneste kjente miljøet der denne effekten kan manifestere seg.lsu+1

Simuleringer utført av teamet støtter vakuum-dobbeltbrytning som årsaken til det uventet sterke signalet. "Modellen vår antyder at for å gjenskape de observerte røntgenpolariseringssignaturene, samtidig som vi tilfredsstiller begrensningene satt av radioobservasjoner, kreves det at vakuum-dobbeltbrytning er til stede i nøytronstjernens miljø," sier Hoa Dinh Thi, postdoktor ved Rice University og medforfatter av studien.science.nasa

Virkelighetens natur

Hovedforfatter Rachael Stewart, doktorgradskandidat ved George Washington University, sier funnet illustrerer hvordan astrofysikk kan utforske grunnleggende fysikk. "Informasjonen vi fikk ved å se på denne fjerne stjernekjernen gir oss også ledetråder om selve virkelighetens natur, og det synes jeg er utrolig," sier Stewart.science.nasa

Astrofysiker Michela Negro ved LSU, et annet medlem av teamet, beskrev tilnærmingen slik: "Vi studerer ikke lenger bare astronomiske objekter, vi bruker dem til å teste naturens lover."lsu

Flere IXPE-observasjoner av denne og andre magnetarer er planlagt for å bekrefte signalet og potensielt avdekke ytterligere eksotiske kvante-effekter.science.nasa